Эталоны решения задач

Задача 1. К 2 л 0,1 М раствора CH₃COOH прибавили 49,2 г CH₃COONa . Вычислите рН полученного буферного раствора (K_д (CH₃COOH) = 1,7510^–5).

Решение:

Дано: V(раствора) = 2 л CМ(CH3COOH) = 0,1 моль/л m(CH3COONa) = 49,2 г Kд (CH3COOH) = 1,7510–5	CH3COOH ⇄ CH3COO– + H+ CH3COONa  CH3COO– + Na+ 1. Вычисляем концентрацию ацетата натрия в растворе: CM(CH3COONa)=m(CH3COONa)/M(CH3COONa)V = 49,2 / 82  2 = 0,3
pH - ?

2. Вычисляем рН ацетатного буферного раствора:

pH = –lgK_д + lg = –lg1,75 10^–5 + lg = 4,75 + 0,48 = 5,23.

Ответ: pH = 5,23

Задача 2. Чему равен рН буферного раствора, содержащего в 1 л по 0,1 моль NH₄OH и NH₄Cl (рК (NH₄OH) = 4,75)? Как изменится рН при разбавлении раствора водой в 10 раз?

Решение:

Дано: CM(NH4OH) = 0,1 моль/л CM(NH4Cl) = 0,1 моль/л V(раствора) = 1 л рК (NH4OH) = 4,75	1. Вычисляем рН1 исходного раствора: pH1 = 14–pK(NH4OH)–lg =14– 4,75– lg = 9,25
рН1 - ? рН2 - ?

2. Вычисляем рН₂ раствора после разбавления. При разбавлении раствора в 10 раз концентрации соли и основания уменьшаются также в 10 раз:

рН₂ = 14 – 4,75 – lg = 9,25*

Ответ: pH₁ = 9,25; pH₂  9,25.

*Примечание: в действительности, величина рН при разбавлении несколько меняется (в нашем случае возрастает приблизительно на 0,07 единицы, что зависит от изменения коэффициентов активности ионов в связи с уменьшением ионной силы раствора при разбавлении).

Задача 3. Чтобы изменить рН на единицу, к 10 мл ацетатного буферного раствора потребовалось добавить 0,52 мл 1М раствора NaOH. Найти буферную емкость по щелочи (моль/лед.рН) данного буферного раствора.

Решение:

Дано: рН = 1 V(б.р.) = 10 мл = 0,01 л СМ(NaOH) = 1 моль/л V(щелочи) = 0,52 мл= 0,5210–3л	Буферную емкость по щелочи можно определить по формуле: Восн. = = = = 0,052 моль/л.ед. рН; (Сн (NaOH) = СМ (NaOH))
Восн. - ?	Ответ: 0,052 моль/лед. рН

Задачa 4. К 16 мл 0,1 М раствора Na₂HPO₄ прибавили 40 мл 0,04 М раствора NaH₂PO₄. Определить:

а) рН полученного буферного раствора (К_д (H₂PO₄^-) = 1,6 10^–7;

б) как изменится рН этого раствора при добавлении к нему 6 мл 0,1М раствора HCl;

в) можно ли приготовить фосфатный буферный раствор с рН=8,5.

Решение:

Дано: СМ (Na2HPO4) = 0,1 моль/л V(р-ра Na2HPO4) = 16 мл СМ (NaH2PO4) = 0,04 моль/л V(р-ра NaH2PO4) = 40 мл СМ (HCl) = 0,1 моль/л V (р-ра HCl) = 6 мл Кд ( ) = 1,6 10–7	а) Рассчитываем рН фосфатного буферного раствора В фосфатном буферном растворе роль кислоты выполняет ион , диссоциирующий по схеме: ⇄ H+ + . Так как константа диссоциации этого процесса мала, можно считать, что концентрация равна концентрации NaH2PO4, а концентрация равна концентрации Na2HPO4. Тогда :
а) pH – ? б) рН–?	рН = – lg Кд ( ) + lg

Необходимо учесть, что при смешивании двух растворов исходные концентрации компонентов изменяются. Новые концентрации можно рассчитать по формуле:

C_исх.  V_исх. = С_кон.  V_кон. Тогда новая концентрация NaH₂PO₄ будет равна:

[NaH₂PO₄] =

Конечная концентрация Na₂HPO₄ будет равна:

[Na₂HPO₄] =

С_М (NaH₂PO₄)_исх.  V(р-ра NaH₂PO₄) = n (NaH₂PO₄) = 0,040  0,04 = 0,0016

С_М (Na₂HPO₄)_исх.  V(р-ра Na₂HPO₄) = n (Na₂HPO₄) = 0,016  0,1 =0,0016

Тогда =

Отсюда: pН = – lg 1,6 10^–7 + lg = 6,8 + lg = 6,8 + lg1 = 6,8

б) Вычисляем изменение рН при добавлении к буферному раствору раствора HCl.

При добавлении 6 мл 0,1 М раствора HCl ( что составляет 0,0006 моль), добавленная кислота прореагирует с 0,0006 моль Na₂HPO₄ с образованием 0,0006 моль NaH₂PO₄:

Na₂HPO₄ + HCl = NaH₂PO₄ + NaCl

Тогда количество Na₂HPO₄ уменьшится на 0,0006 моль:

n (Na₂HPO₄) = 0,0016 – 0,0006 = 0,0010

А количество NaH₂PO₄ увеличится на 0,0006 моль:

n (NaH₂PO₄) = 0,0016 + 0,0006 =0,0022

Отсюда: pН = – lg 1,6 10^-7 + lg = 6,8 + lg = 6,46

рН = 6,8 – 6,46 = 0,34

в) Приготовить фосфатный буферный раствор с рН = 8,5 невозможно, так как зона эффективного действия буферной системы определяется соотношением рН = рК  1. Для фосфатного буферного раствора рК = 6,8, и зона эффективного буферного действия лежит в интервале рН 5,8  7,8.

Ответ : a) pH = 6,8; б) уменьшится на 0,34 ед. рН; в) невозможно.

128